蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1838年，荷蘭科學(xué)家G.J.Mulder引入“protein”（源自希臘字proteios，意為primary）一詞

1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽。本文檔共111頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——α-螺旋(α-helix)。1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代以后，隨著人類基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因組與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究達(dá)到新的高峰。本文檔共111頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)本文檔共111頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的70%以上。1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分本文檔共111頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲運(yùn)動與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能本文檔共111頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。本文檔共111頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)本文檔共111頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分一、組成人體蛋白質(zhì)的20種L--氨基酸

存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。本文檔共111頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H本文檔共111頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質(zhì)。硒代半胱氨酸從結(jié)構(gòu)上來看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數(shù)天然蛋白質(zhì)中，包括過氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質(zhì)合成時，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機(jī)制尚不完全清楚。本文檔共111頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分體內(nèi)也存在若干不參與蛋白質(zhì)合成但具有重要生理作用的L-α-氨基酸，如參與合成尿素的鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。本文檔共111頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類本文檔共111頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸本文檔共111頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸本文檔共111頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸TrpTyr本文檔共111頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸本文檔共111頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸本文檔共111頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2本文檔共111頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3本文檔共111頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被甲基化、甲?；?、乙酰化、異戊二烯化和磷酸化等。這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位和與其他細(xì)胞蛋白質(zhì)相互作用的性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個方面。本文檔共111頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)本文檔共111頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子本文檔共111頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收本文檔共111頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物（氧化脫氨后，氨與茚三酮還原產(chǎn)物結(jié)合），其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的氨含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。本文檔共111頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或活性肽肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽本文檔共111頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵本文檔共111頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。本文檔共111頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。本文檔共111頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分N末端C末端牛核糖核酸酶本文檔共111頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在50個以上，50個氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。本文檔共111頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)本文檔共111頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換本文檔共111頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽

神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽本文檔共111頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)本文檔共111頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:

高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)空間結(jié)構(gòu)又稱構(gòu)象（conformation），是指蛋白質(zhì)中所有原子在三維空間的排布。本文檔共111頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分定義:蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。本文檔共111頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分第一個測序的蛋白質(zhì)——牛胰島素，是由英國化學(xué)家Sanger測序完成。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。本文檔共111頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分目前已知一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，并且還以更快的速度增加。國際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，例如EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataLibrary）Genbank（GeneticSequenceDatabank）PIR（ProteinIdentificationResourceSequenceDatabase）收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)及其他資料，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。本文檔共111頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。定義:

主要的化學(xué)鍵：氫鍵

本文檔共111頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)所謂肽鏈主鏈骨架原子即N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和Co（羰基碳）3個原子依次重復(fù)排列。

本文檔共111頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元(peptideunit)

。本文檔共111頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分肽鍵（C-N）的鍵長為0.132nm，介于C-N單鍵（0.149nm）和C=N雙鍵（0.127nm）之間肽鍵具有一定的雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。Ca分別與N和CO連接的都是單鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的角度決定了相鄰肽單元平面的相對空間位置。本文檔共111頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)本文檔共111頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)本文檔共111頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分是蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式，由Pauling等提出的。肽鏈主鏈繞假想的中心軸盤繞成螺旋狀，一般都是右手螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋是靠鏈內(nèi)氫鍵維持的，每個氨基酸殘基（第n個）的羰基氧與多肽鏈C端方向的第4個殘基（第n+4個）的酰胺氮形成氫鍵。在典型的右手α-螺旋結(jié)構(gòu)中，螺距為0.54nm，每一圈含有3.6個氨基酸殘基，每個殘基沿著螺旋的長軸上升0.15nm。蛋白質(zhì)表明存在的α-螺旋結(jié)構(gòu)常具有兩性特點(diǎn)，如血漿脂蛋白等。本文檔共111頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)本文檔共111頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分是蛋白質(zhì)中的常見的二級結(jié)構(gòu)，是由伸展的多肽鏈組成的。每個肽單元以Ca為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)。折疊片的構(gòu)象是通過一個肽鍵的羰基氧和位于同一個肽鏈或相鄰肽鏈的另一個酰胺氫之間形成的氫鍵維持的。氫鍵幾乎都垂直伸展的肽鏈，這些肽鏈可以是平行排列（走向都是由N到C方向）；或者是反平行排列（肽鏈反向排列）。最多見于蠶絲蛋白。本文檔共111頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角：常發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180度回折的轉(zhuǎn)角上，使肽鏈走向改變的一種非重復(fù)多肽區(qū)；常見的轉(zhuǎn)角含有4個氨基酸殘基；第1個氨基酸殘基羰基氧與第4個殘基的酰胺氮之間形成氫鍵；這兩種轉(zhuǎn)角中的第2個殘基大都是脯氨酸。無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。本文檔共111頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（五）二級結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)組合形式有3種：αα，βαβ，ββ。本文檔共111頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，稱為模體(motif)

。模體是具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)。本文檔共111頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈模體鏈-β轉(zhuǎn)角-α-螺旋-β轉(zhuǎn)角-鏈模體模體常見的形式本文檔共111頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈有多個酸性氨基酸或堿性氨基酸，都可以導(dǎo)致形成相同電荷，相互排斥，影響a-螺旋的形成含天冬氨酸、亮氨酸的側(cè)鏈影響a-螺旋形成。側(cè)鏈脯氨酸，不能形成氫鍵，不形成a-螺旋。本文檔共111頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分三、多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。定義:（一）三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置本文檔共111頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

肌紅蛋白(Mb)N端C端本文檔共111頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（二）結(jié)構(gòu)域是三級結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100至200個氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。超二級結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。本文檔共111頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)示意圖本文檔共111頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（三）蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。本文檔共111頁；當(dāng)前第65頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2條或2條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。本文檔共111頁；當(dāng)前第66頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分由2個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)本文檔共111頁；當(dāng)前第67頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分五、蛋白質(zhì)的分類根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分（輔基，共價鍵連接）根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)(1)色素化合物（色蛋白，如：細(xì)胞色素C、血紅蛋白等）(2)寡糖（糖蛋白，如：免疫球蛋白等）(3)脂類（脂蛋白，如：血漿脂蛋白）(4)磷酸（磷蛋白）(5)金屬離子（金屬蛋白，如：血漿銅藍(lán)蛋白、SOD）(6)核酸（核蛋白，如：核糖體）本文檔共111頁；當(dāng)前第68頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)家族（proteinfamily）

:氨基酸序列相似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱為同源蛋白質(zhì)（homologousprotein）。

蛋白質(zhì)超家族（superfamily）

:2個或2個以上的蛋白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。本文檔共111頁；當(dāng)前第69頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)本文檔共111頁；當(dāng)前第70頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變化，可導(dǎo)致功能改變：不同的蛋白質(zhì)有不同的一級結(jié)構(gòu)；點(diǎn)突變或片段缺失與疾病發(fā)生。不同的物種具有相同功能的蛋白質(zhì)往往具有相似的氨基酸序列，甚至于相同，如果蠅和人的泛素分子。但是，更普遍的情況是具有多態(tài)性（物種間和個體間）本文檔共111頁；當(dāng)前第71頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵本文檔共111頁；當(dāng)前第72頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性本文檔共111頁；當(dāng)前第73頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能同源蛋白質(zhì)：由同一基因進(jìn)化而來的相關(guān)基因所表達(dá)的一類蛋白質(zhì)。一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A5A6A10A30────────────────────────

人ThrSerIleThr

豬ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

馬ThrSerIleAla────────────────────────本文檔共111頁；當(dāng)前第74頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。本文檔共111頁；當(dāng)前第75頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第76頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。本文檔共111頁；當(dāng)前第77頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似本文檔共111頁；當(dāng)前第78頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分肌紅蛋白(myoglobin，Mb)肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結(jié)構(gòu)，全部為右手螺旋，各分為A、B、C、D、E、F、G、H，其余部分是五個無規(guī)卷曲，連接各個α-螺旋。分子內(nèi)部是疏水的空穴，幾乎所有疏水側(cè)鏈都位于空穴周圍，絕大多數(shù)親水側(cè)鏈分布在分子表面，在分子內(nèi)側(cè)只有兩個組氨酸殘基（E7、F8），并在活性部位起重要作用。

在分子外側(cè)，極性和非極性殘基都有。血紅素分子中的兩個丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。本文檔共111頁；當(dāng)前第79頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基(α2β2，每個亞基的結(jié)構(gòu)類似肌紅蛋白)組成的四級結(jié)構(gòu)，每個亞基可結(jié)合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。本文檔共111頁；當(dāng)前第80頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵本文檔共111頁；當(dāng)前第81頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合本文檔共111頁；當(dāng)前第82頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線

Hb和Mb的氧解離曲線分別是S型曲線和直角雙曲線。

由圖可以看出：

Mb易于和氧結(jié)合，在氧分壓很低時即可以結(jié)合氧氣；容易達(dá)到飽和。

Hb在氧分壓較低（靜脈血，釋放氧氣供組織利用）時與氧的結(jié)合較難；

Hb在氧分壓較高（動脈血，在肺結(jié)合氧氣而運(yùn)輸）時與氧的結(jié)合較易；本文檔共111頁；當(dāng)前第83頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)(negativecooperativity)本文檔共111頁；當(dāng)前第84頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分Hb分子由于4個亞基間的相互作用，四聚體與氧剛開始結(jié)合時親和力遠(yuǎn)低于肌紅蛋白；分子中的α亞基對氧的親和力比β亞基大，能首先與第一個氧分子結(jié)合，這可導(dǎo)致α亞基構(gòu)象發(fā)生變化，并進(jìn)而使相鄰的β亞基構(gòu)象也發(fā)生改變，增加了β亞基對氧的親和力。實(shí)驗(yàn)測定：血紅蛋白的第四個亞基與氧的親和力比第一個亞基大200一300倍。當(dāng)血紅蛋白結(jié)合上第一個氧分子后，它與氧的結(jié)合能力由于變構(gòu)作用會逐次增大，呈現(xiàn)S形結(jié)合曲線。而肌紅蛋白僅有一條肽鏈，沒有其他亞基的影響，與氧的親和力較大，能迅速與氧結(jié)合，在很低的氧分壓下即接近飽和。

本文檔共111頁；當(dāng)前第85頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分本文檔共111頁；當(dāng)前第86頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分氧進(jìn)入α亞基的袋穴與Fe2+結(jié)合時，鐵原子由高自旋狀態(tài)變成低自旋狀態(tài)，半徑縮小13％，并向卟啉環(huán)方向移動，進(jìn)入小央小孔本文檔共111頁；當(dāng)前第87頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。本文檔共111頁；當(dāng)前第88頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)。本文檔共111頁；當(dāng)前第89頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。本文檔共111頁；當(dāng)前第90頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。本文檔共111頁；當(dāng)前第91頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變本文檔共111頁；當(dāng)前第92頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein本文檔共111頁；當(dāng)前第93頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。（1）解離后可帶正離子的基團(tuán)：

賴氨酸殘基的ε-氨基；精氨酸殘基的胍基；組氨酸殘基的咪唑基

（2）解離后可帶負(fù)離子的基團(tuán)：

谷氨酸殘基γ羧基；天冬氨酸殘基的β羧基當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)本文檔共111頁；當(dāng)前第94頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。顆粒表面電荷水化膜:表面有親水基團(tuán)，發(fā)生水合作用，水分子定向排列在蛋白質(zhì)分子的周圍，形成水化層，將蛋白質(zhì)顆粒分開，不致相聚而沉淀蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:本文檔共111頁；當(dāng)前第95頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉本文檔共111頁；當(dāng)前第96頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞（一般不涉及一級結(jié)構(gòu)的改變），也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)蛋白質(zhì)變性后：

溶解度降低、粘度增加、結(jié)晶能力消失、生物活性喪失、容易被蛋白酶水解、容易沉淀。本文檔共111頁；當(dāng)前第97頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分造成變性的因素:高溫、高壓、超聲波、紫外線、x射線等。

使蛋白質(zhì)變性的化學(xué)因素有：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、濃乙醇、重金屬、尿素、去污劑等變性的本質(zhì):——破壞非共價鍵和二硫鍵，空間結(jié)構(gòu)劇烈變化，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，不涉及肽鍵的斷裂。

即蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是維系蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的次級鍵破壞。

應(yīng)用舉例:臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

本文檔共111頁；當(dāng)前第98頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性(renaturation)。本文檔共111頁；當(dāng)前第99頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性本文檔共111頁；當(dāng)前第100頁；編輯于星期三\18點(diǎn)1分在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

是不可逆性的蛋白質(zhì)變性蛋白質(zhì)沉